CN111358466A - 一种呼出气体检测设备及检测方法 - Google Patents

一种呼出气体检测设备及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种呼出气体检测设备，包括呼吸入口端、气体排出端、动力装置、第一管路、气体传感器和控制装置；所述气体传感器设于动力装置之后，用于检测呼出气体中待检测气体的浓度；所述第一管路为连接动力装置的管路；所述动力装置以第二流量抽取呼出气体直至排除第一管路内的干扰气，以第三流量抽取样气至气体传感器进行检测，且所述第二流量大于第三流量；所述控制装置对所述动力装置和气体传感器进行控制，并进行信息的收集、处理、存储和通讯。本发明还提供了一种使用上述检测设备对呼出气体进行检测的方法。本发明提供的检测设备和检测方法不仅减小了设备体积，而且增加了传感器的检测时间、提高了设备的检测精度。

Description

一种呼出气体检测设备及检测方法
技术领域
本发明涉及呼出气体分析技术领域，具体涉及一种呼出气体检测设备及检测方法。
背景技术
人体新陈代谢的部分产物由血液运送至肺部，在肺泡通过气体交换出现在呼出气体中。现有研究表明，人的呼出气体包括氧气、二氧化碳、一氧化氮等多种化合物，通过对呼出气体进行定性或定量分析检测，能够反映机体的代谢或病理状况，一些物质甚至可能成为某种疾病的生物标记物，如：呼出一氧化氮可用于哮喘等呼吸疾病检测；呼出气一氧化碳可用于慢阻肺等呼吸系统疾病检测；呼出气氢、呼出气甲烷可用于消化系统疾病检测；呼出气氨可用于幽门螺杆菌检测；呼出气醛可用于氧化应激检测；呼出气硫化物可用于肺功能检测。在一些发达国家，对部分气体检测技术已制定相应标准，如欧洲和美国分别在1997年与1999年制定了呼出气NO检测推荐标准，并在2005年联合制定公布了该项标准（“ATS/ERSRecommendations for Standardized Procedures for the Online and OfflineMeasurement of Exhaled Low Respiratory Nitric Oxide and Nasal Nitric Oxide，2005”，ATS为美国胸科学会缩写，ERS为欧洲呼吸学会缩写，以下简称《标准》）。因此，呼出气体的分析和检测，作为一种新型的临床辅助诊断手段，在医疗诊断领域具有广阔的应用前景。
现有的呼出气体检测技术存在不能兼顾便携性与准确性的不足。瑞典艾罗克林公司和无锡尚沃公司气检设备的技术方案是通过气容先将呼出气体收集起来，再使用泵以更小的流量将收集的气体持续输送至气体传感器，这种技术虽然能够保证检测结果的精确性，但由于增加了气容结构，因此使得检测设备体积增大，并且需要较长的时间来排除干扰气。英国Bedfont公司检测设备采用的技术方案是在呼气时将大部分呼出气排入大气，小部分气体通过泵输送至气体传感器进行检测，呼气停止则检测过程结束，这一方案虽然大大提高了检测设备的便携性，但是检测过程中需要较长的呼气采样时间，对儿童、老人及呼吸存在障碍者，严重降低了检测结果的准确性。
针对现有技术的不足，本发明提出一种呼出气体检测设备和方法，该设备不仅减小了设备体积，而且缩短了使用者的呼气时间、提高了设备的检测精度。
发明内容
本发明提供了一种呼出气体检测设备及检测方法，用于解决现有呼出气体检测设备体积大、呼气时间长的问题。
本发明的一个目的在于提供一种呼出气体检测设备，包括：包括呼吸入口端、气体排出端、动力装置、第一管路、气体传感器和控制装置；使用者由呼吸入口端呼出的为第一压强和第一流量的气体；所述气体传感器设于动力装置之后，用于检测呼出气体中待检测气体的浓度；所述第一管路为连接动力装置的管路；所述动力装置以第二流量抽取呼出气体直至排除第一管路内的干扰气，以第三流量抽取样气至气体传感器进行检测，且所述第二流量大于第三流量；所述控制装置对所述动力装置和气体传感器进行控制，并进行信息的收集、处理、存储和通讯。
进一步地，所述第一管路的内径为D，长度为L，其中L/D＞50。
进一步地，所述呼出气体检测设备还包括流量调节装置，所述流量调节装置设于呼吸入口端和气体排出端之间的气路中，用于控制呼出气体的流量。
进一步地，所述呼出气体检测设备还包括压力传感器和流量传感器，所述压力传感器用于检测从呼吸入口端呼出的气体压力，所述流量传感器用于检测从呼吸入口端呼出的气体流量。
进一步地，所述呼出气体检测设备还包括第二管路和第一过滤单元，所述第二管路的一端与所述呼吸入口端相连通，另一端与大气相连通，所述第一过滤单元设于所述第二管路上，用于过滤大气中存在的待检测气体。
进一步地，所述呼出气体检测设备还包括第二过滤单元，所述第二过滤单元设于呼吸入口端和第二管路之间的气路中，用于过滤呼出气体中的杂质。
进一步地，所述呼出气体检测设备还包括显示终端，用于向用户显示数据以及接收用户的命令和设定。
进一步地，所述待检测气体包括但不限于呼出气一氧化氮、呼出气一氧化碳、呼出气二氧化碳、呼出气氧气、呼出气氢气、呼出气甲烷、呼出气氨、呼出气醛和呼出气硫化物。
本发明的另一个目的在于提供一种呼出气体检测方法，适于如上所述的呼出气体检测设备，包括以下步骤：
S1、从呼吸入口端呼吸气，呼出的为第一压强和第一流量的气体；
S2、动力装置以第二流量抽取呼出气体直至排空第一管路；
S3、动力装置以第三流量抽取呼出气体至气体传感器进行检测，且所述第二流量大于第三流量；
S4、达到呼气时间要求后，停止呼气，动力装置继续以第三流量抽取第一管路内的呼出气体至NO传感器进行检测，从而获得呼出气NO的浓度。
本发明提供的呼出气体检测设备及检测方法不仅减小了设备体积，而且增加了传感器的检测时间、提高了设备的检测精度。
附图说明
图1是本发明第一实施例中呼出气体检测设备的结构框图。
图2是本发明第二实施例中呼出气体检测设备的结构框图。
图3是本发明一具体实施例中呼出气体检测方法的步骤框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本发明第一实施例提供了一种呼出气NO检测设备，包括呼吸入口端1、
气体排出端2、动力装置3、第一管路4、气体传感器5和控制装置6；使用者由呼吸入口端1呼出的为第一压强和第一流量的气体；所述气体传感器5设于动力装置3之后，用于检测呼出气体中待检测气体的浓度；所述第一管路4设于动力装置3和气体传感器5之间的气路中；所述动力装置3以第二流量抽取呼出气体直至排除第一管路4内的干扰气，以第三流量抽取样气至气体传感器5进行检测，且所述第二流量大于第三流量；所述控制装置6对所述动力装置和气体传感器进行控制，并进行信息的收集、处理、存储和通讯。
本方案不存在气容，因而减小了设备体积；当呼气结束后，动力装置可以继续抽取残留在第一管路内的呼出气体进行检测，延长了传感器的检测时间；动力装置以较大的第二流量快速抽气排空第一管路，然后以较小的第三流量抽取呼出气体至NO传感器进行检测，这样可进一步延长传感器的检测时间，提高设备的检测精度。
本实施例中，所述动力装置5为风扇或泵。通过调节控制动力装置5的动力大小可以调节第二流量和第三流量的大小。
其中，待检测气体包括但不限于呼出气一氧化氮、呼出气一氧化碳、呼出气二氧化碳、呼出气氧气、呼出气氢、呼出气甲烷、呼出气氨、呼出气醛和呼出气硫化物。
在第一实施例的基础上，本发明提出第二实施例，如图2所示，本实施例中待检测的气体为呼出气一氧化氮，其中气体传感器为NO传感器。
进一步地，所述第一管路4的内径为D，长度为L，其中L/D＞50。本方案与活塞流的原理相似，当第一管路4的L/D＞50时，管内的气体沿流动方向齐头并进，没有轴向混合与扩散，因而可防止空气与呼出气体混杂在一起。
进一步地，所述呼出气体检测设备还包括流量调节装置7，所述流量调节装置7设于呼吸入口端1和气体排出端2之间的气路中，用于控制呼出气体的流量。《标准》推荐，呼出气一氧化氮要求在50ml/s(±10%) 的固定呼气流速下进行呼气测试，流量调节装置7可将呼出的气体调节至50ml/s(±10%) 的固定流速。
进一步地，所述呼出气体检测设备还包括压力传感器8和流量传感器9，所述压力传感器8用于检测从呼吸入口端1呼出的气体压力，所述流量传感器9用于检测从呼吸入口端1呼出的气体流量。本方案通过设置压力传感器和流量传感器，可以实时检测呼出气体的压力和流量，从而能够准确采集到满足需求的呼出气体。
进一步地，所述呼出气体检测设备还包括第二管路10和第一过滤单元11，所述第二管路10的一端与所述呼吸入口端1相连通，另一端与大气相连通，所述第一过滤单元11设于所述第二管路10上，用于过滤大气中存在的一氧化氮，从而避免了空气中的一氧化氮对后续检测结果的干扰，使得检测结果更准确。
进一步地，所述呼出气体检测设备还包括第二过滤单元12，所述第二过滤单元12设于呼吸入口端1和第二管路10之间的气路中。本方案中，第二过滤单元12用于过滤呼出气体中的杂质，如口水、泡沫等，进一步提高了呼出气体检测结果的准确性。
进一步地，所述呼出气体检测设备还包括显示终端13，用于向用户显示数据以及接收用户的命令和设定。
需要说明的是，欧洲和美国于2005年联合制定的《标准》用来指导如何进行检测与将检测结果用于哮喘等呼吸病的诊断和疗效评价。由于NO传感器的检测精度问题，在呼出气一氧化氮检测过程中，呼出气体的量通常需要满足一定需求。本发明采用《标准》推荐的呼气压力和呼气流速，第一流量应不小于45ml/s，第一压强为5cm H2O柱至20cm H2O柱之间；在呼出气一氧化氮检测过程中，根据NO传感器的检测精度确定第二流量，通常情况下，第二流量为0.5ml/s至15ml/s之间。
本发明还提供了一种呼出气体检测方法，如图3所述示，本实施例采用如上所述的呼出气体检测设备进行呼出气一氧化氮检测的步骤如下：
S1、从呼吸入口端1呼吸气，呼出气体的压力达到第一压力，呼出气体的流量达到第一流量，否则需要重新呼气，其中第一压强为5cm H2O柱至20cm H2O柱，第一流量不小于45ml/s（±10%）；
S2、通过流量调节装置7调节流量至50ml/s（±10%），动力装置3以第二流量抽取气体直至排空第一管路4；所述第二流量为2ml/s至50ml/s；
S3、动力装置3以第三流量抽取呼出气体至NO传感器5进行检测，所述第三流量为0.5ml/s至15ml/s，且所述第二流量大于第三流量；
S4、达到呼气时间要求后，停止呼气，动力装置3继续以第三流量抽取第一管路4内的呼出气体至NO传感器5进行检测，从而获得呼出气NO的浓度；如果未达到呼气时间要求，需要重新呼气。
根据研究，儿童与成人呼气时口腔内的死腔气分别为50ml、150ml，按《标准》推荐的50ml/s呼气流量，儿童和成人对口腔内死腔气的排空时间分别为1秒、3秒。
具体的，本实施例中，以儿童为例，呼气时间为6秒，排空死腔气的时间为1秒；第一管路的内径D=0.4cm，长度L=75cm，第一管路的体积V=9.42ml；其中第二流量为3ml/s，第三流量为1.5ml/s，则第一管路的排空时间为T1=9.42/3=3.14s，对第一管路的抽气时间为T2=9.42/1.5=6.28s。
呼气开始后，动力单元开始抽气，第4.14秒排空干扰气，呼出气体到达NO传感器，第6s呼气结束，呼气结束之前，传感器的检测时间为1.86s；呼气结束后，动力单元继续抽取第一管路内残留的呼出气体进行检查，检测时间为6.28s，因此传感器总的检测时间为1.86+6.28=8.14s。
假设第二流量和第三流量均为3ml/s，则动力单元对第一管路的抽气时间为T2’=9.42/3=3.14s，传感器总的检测时间为1.86+3.14=5s。可见，本发明的技术方案延长了传感器的检测时间，提高了设备检测的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种呼出气体检测设备，其特征在于，包括呼吸入口端、气体排出端、动力装置、第一管路、气体传感器和控制装置；使用者由呼吸入口端呼出的为第一压强和第一流量的气体；所述气体传感器设于动力装置之后，用于检测呼出气体中待检测气体的浓度；所述第一管路为连接动力装置的管路；所述动力装置以第二流量抽取呼出气体直至排除第一管路内的干扰气，以第三流量抽取样气至气体传感器进行检测，且所述第二流量大于第三流量；所述控制装置对所述动力装置和气体传感器进行控制，并进行信息的收集、处理、存储和通讯。
2.根据权利要求1所述的呼出气体检测设备，其特征在于，所述第一管路的内径为D，长度为L，其中L/D＞50。
3.根据权利要求2所述的呼出气体检测设备，其特征在于，还包括流量调节装置，所述流量调节装置设于呼吸入口端和气体排出端之间的气路中，用于控制呼出气体的流量。
4.根据权利要求3所述的呼出气体检测设备，其特征在于， 还包括压力传感器和流量传感器，所述压力传感器用于检测从呼吸入口端呼出的气体压力，所述流量传感器用于检测从呼吸入口端呼出的气体流量。
5.根据权利要求4所述的呼出气体检测设备，其特征在于，还包括第二管路和第一过滤单元，所述第二管路的一端与所述呼吸入口端相连通，另一端与大气相连通，所述第一过滤单元设于所述第二管路上，用于过滤大气中存在的待检测气体。
6.根据权利要求5所述的呼出气体检测设备，其特征在于，还包括第二过滤单元，所述第二过滤单元设于呼吸入口端和第二管路之间的气路中，用于过滤呼出气体中的杂质。
7.根据权利要求6所述的呼出气体检测设备，其特征在于，还包括显示终端，用于向用户显示数据以及接收用户的命令和设定。
8.根据权利要求1所述的呼出气体检测设备，其特征在于，所述待检测气体包括但不限于呼出气一氧化氮、呼出气一氧化碳、呼出气二氧化碳、呼出气氧气、呼出气氢气、呼出气甲烷、呼出气氨、呼出气醛和呼出气硫化物。
9.一种呼出气体检测方法，适于如权利要求1所述的呼出气体检测设备，包括以下步骤：
S1、从呼吸入口端呼吸气，呼出的为第一压强和第一流量的气体；
S2、动力装置以第二流量抽取呼出气体直至排空第一管路；
S3、动力装置以第三流量抽取呼出气体至气体传感器进行检测，且所述第二流量大于第三流量；
S4、达到呼气时间要求后，停止呼气，动力装置继续以第三流量抽取第一管路内的呼出气体至气体传感器进行检测，从而获得呼出气NO的浓度。
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